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NDI optotrak步态体态分析系统

文章来源:NDI 作者:Frank 发布时间:2012年03月15日 点击数: 字号:

步态体态分析是利用生物力学的概念、手段、方法和人体解剖学、生理学知识,借助现代计算机技术和图形图像技术,对人体行走的功能状态进行对比分析的研究方法。

NDI 步态/体态分析系统由 NDI 三维运动测量系统 ,Bertec 测力平衡系统和Bortec 表面肌电系统和 Visual 3D 步态/体态分析软件四个部分组成,可以运用各种测试手段对人体行进和运动中的各种参数进行适时采集和处理(如脚与地面之间的相互作用力,各关节点在空间的坐标位置等)并在此基础上计算出某些反映人体步态特点的特征参数(如关节角度,质心位移,肌肉产生的内力矩及肌肉功率等),从而实现对人体运动功能进行定量分析。NDI 步态/体态分析系统具有安全、无创、可靠、精度高等优点。

NDI 步态/体态分析系统结合人体测量学、生理解剖等可以得到以下的相关参数:
1. 步频、步幅、步速、步长、步宽、支撑期、摆动期、双支撑期、下肢各关节位移、速度、角度,关节屈曲/伸展、内旋/外旋、内收/外展。
2. 关节合力、关节力矩及功率。
3. 肌肉的肌电原始信号、应激激活状态的起始时间,肌电积分,信号的各种频谱分析,肌肉疲劳分析等。

NDI 步态/体态分析系统的临床应用

1.骨科:关节置换、足内翻、足外翻、足下垂、足趾卷曲、拇指背伸、膝塌陷步态、膝僵直、膝过伸、膝屈曲、髋过屈、髋内收过度、髋屈曲不足、脊柱功能分析;
2.神经内科:小儿脑瘫、偏瘫、帕金森综合症;
3.康复科:康复方案制订、康复过程监测、康复效果评估。

NDI OPTOTRAK系统特点

  • 单台Optotrak Certus定位传感器标准测量距离为7m,系统最多可扩展到8台定位传感器,并可统一成单一坐标系
  • 精度最高可达 0.1mm RMS,分辨率0.01mm..
  • 数据可实时采集和显示
  • 最多可支持512个Marker;
  • Marker最大发光频率为 4600 Hz;系统最大采样频率为1500 Hz;
  • Marker主动发光,可自动识别;最小Marker直径4mm。
  • 可进行三维3D/六维6D自由度测量
  • 可同时用作动态和静态测量,具有广泛的应用领域
  • 可以制作并跟踪虚拟Marker
  • 无线Marker—SmartMarker,方便被测人体自由活动
  • Optotrak™三维运动测量系统是世界上精度最高的三维运动测量系统,其精度和重复性得到美国长岛大学和美国堪萨斯大学的实验验证,两验证报告发表分别在2006 年第一期国际《医学工程与技术杂志》和2007年国际《生物力学杂志》上。
  • Precision and repeatability of the Optotrak 3020 motion measurement system
    Accuracy of an optical active-marker system to track the relative motion of rigid bodies
  • 近几年,国际上应用 Optotrak®三维运动测量系统所从事的科学研究,在《自然》上共发表八篇文章,在《科学》上发表一篇文章。研究领域涉及了运动功能障碍评估、运动控制、运动协调、神经修复等多个领域。
  • 制造商---NDI公司获得ISO9001质量管理体系认证
  • 产品的精度得到美国NIST(National Institute of Standard Technology )校验,校验执行标准:美国国家标准ASME B89.4.1-1997和ISO/IEC 17205:2005

    NDI OPTOTRAK系统特点上视图

    上视图
     

    NDI OPTOTRAK等轴测图

    等轴测图
     

    NDI OPTOTRAK前视图
    前视图
     

    NDI OPTOTRAK

    Visual 3D系统特点

  • VISUAL3DTM——用于分析源于运动捕捉系统采集的三维数据

    1.作为世界领先的、最先进的三维步态/体态(运动学和动力学)分析软件,Visual3DTM在科研与临床应用中获得了巨大的成功,它提供了对三维运动捕捉数据从模型建立、分析到报告生成的总体解决方案。
    Visual3DTM与 NDI Optotrak Certus 运动测量分析及 Bertec 三维测力平台紧密结合,可帮助研究人员灵活地控制数据的采集与分析。

    VISUAL3D 

    2.优点

  • 数据兼容性——可处理标准的c3d文件,并支持运动捕捉其他数据格式。能够将模拟数据(如测力台、肌电以及电脑等)整合到c3d文件中,并与运动捕捉数据同时进行处理。
  • 省时省力——对运动捕捉数据进行自动分析与报告,节省了大量的处理时间,输出不同形式内容丰富的报告。
  • 协作性——V-3D为方便数据输入采用开放的c3d标准,医生、研究人与啊、理疗师可共享数据和分析文件,不受系统限制。
  • 精确性、可靠性与灵活性——V-3D被应用到实际的临床中,获得了巨大的成功,集成化的模型构建器和报告系统与自定义的marker集以及开放源的SDK的结合,使得V-3D软件成为精确分析工具的首选软件。V-3D软件与Matlab,NDI软件相结合,可获得更强大的功能。

    VISUAL3D-C3D

  • 数据和信号处理
  • 可阅读所有标准c3d格式文件,也可处理运动捕捉的其他数据格式
  • 自动步态事件识别
  • 最优的三维跟踪
  • 实时的数据流
  • 图形与数据的快速浏览
  • 肌电分析
  • 自定义衡量标准、阈值及过滤器
  • 可与Matlab进行数据的自由传输
  • 脚本与工作流程的自动化
  • 同步视频播放
  • 记录的力和力矩可以应用到身体任意段

    C3D

  • 模型创建
  • 具有6个自由度的身体段
  • 支持Marker集
  • 支持Helen Hayes/Newington
  • 为虚拟Marker点、虚拟肢体段、肌肉相连部分以及多组段的足和手的标记定义
  • 灵活的自定义段与Marker集的混合模型
  • 关节力、角度及矩等
  • 模型工作流程个性化

    C3D软件

  • 分析
  • 选择最优的分析集
  • 可发展用户自定义的过滤器与数据转换器
  • 图形化表示动力学和运动学,可根据测量数据进行运动学、动力学计算;
  • 自由提取报告内容;
  • 统计分析;
  • 流程自动化;
  • 模板再利用;
  • 可输出位图、AVI 和 SVG,同时可输出位移、速度、加速度、角度、角速度、角加速度、关节力等信息。

    测力台系统技术方案

    测力台系统是人体运动动力学分析、平衡试验、步态分析不可或缺的工具,可实现多个测力台的信号同步采集分析,也可与表面肌电测试系统、三维运动图像解析系统、压力分布测试系统、多种传感器等兼容同步使用进行步态分析。

    型号:Bertec FP4060-07-1000
    Bertec 三维测力台内置 六个高精度力学传感器,可实时采集作用在平台上的力学信号,可以直接得到以下力学参数: Fx、Fy、Fz,Mx、My、Mz,三维力矢量,压力中心(COP),并可通过 C-motion Visual 3D 软件计算各种动力学参数,数字滤波和频谱分析,质心位置、速度和加速度等;通过逆向动力学分析,
    还可以得到关节合力、关节力矩及功率等。本测力台还有良好的开放性和兼容性,可直接集成到 NDI运动测量系统中,进行同步数据采集和分析。

    一、Bertec FP4060-07-1000工作条件
    1.电源电压:100~240VAC,50/60Hz,2.5A;
    2.工作温度:-20°C~+60°C;
    3.相对湿度: 0---80%
    4.仪器运行的持久性:支持长时间的持续工作,可保持良好的稳定性和重复性。

    二、Bertec FP4060-07-1000 性能数据参数

  • 测量原理:压变式原理,即可以精确测试动态力,同样适用于静态力的测试
  • 台面采用优质铝合金
  • 宽度:400mm
  • 长度:600mm
  • 高度:75mm
  • 质量:大于35kg
  • Fx,Fy量程:2500N
  • Fz量程:5000N
  • Fx,Fy过载保护:量程1.5倍
  • Fz 过载保护:量程1.5倍
  • Mx量程:1500 N-m
  • My量程:1000 N-m
  • Mz量程:750 N-m
  • Mx过载保护:量程1.5倍
  • My过载保护:量程1.5倍
  • Mz过载保护:量程1.5倍
  • Fx,Fy方向固有频率:550Hz
  • Fz方向固有频率:340Hz
  • Fx,Fy灵敏度:0.44N/mv
  • Fz灵敏度:0.89N/mv
  • Mx灵敏度:0.2N-m/mv
  • My灵敏度:0.18N-m/mv
  • Mz灵敏度:0.1N-m/mv
  • Fx,Fy,Fz各方向串扰:0%
  • 线性度: +/- 0.2%FSO
  • 滞后度: +/- 0.2%FSO
  • 压力中心误差: +/-1.0mm

    三、三维测力台技术特点

  • 内置6个高精度力学传感器,可实时采集作用在平台上的力学信号;
  • 可直接得到作用在平台上的Fx、Fy、Fz,Mx、My、Mz,三维力矢量,压力中心(COP);
  • 信号数据输出格式支持三维运动测量系统数据采集软件的接口,以进行力学数据与运动数据的同步采集和处理;
  • 信号数据输出格式支持人体运动分析软件的接口,以通过人体运动分析软件计算摩擦系数,数字滤波和频谱分析,计算质心位置、速度和加速度等;
  • 测力台还具有良好的开放性和兼容性,可直接集成到三维运动测量系统中,进行同步数据采集分析。

    测力台

    Bortec AMT 8通道表面肌电测量仪

    Bortec AMT 8通道表面肌电测量仪主要特点:

  • 采集部分体积小、重量轻、便于携带
  • 采样频率高
  • 独特的降噪处理技术,抗干扰能力强
  • 肌电信号实时检测、存储
  • 先进的信号处理技术,原始数据可根据用户需要,采用多种格式保存
  • 可实用调用数据进行二次开发
  • 操作简单、使用方便

    Bortec AMT 8通道表面肌电测量仪的构成

  • 主放大器单元(Main Amplifier Unit)
  • 便携单元(Portable Unit)
  • 预放大器和电极(Pre-amplifier and Electrode)
  • 电源包(Battery Pack)

    Bortec AMT 8通道表面肌电测量仪

    Bortec AMT 8通道表面肌电测量仪的技术参数,物理参数和工作环境要求

    技术参数:

    产品编码 AMT-8(Analog Multiplex Telemetry)
    输入模式 差分器(双电极)10 Gohm
    响应频率 10-1000Hz, -6dB
    共模抑制 115dB (在响应频率为60Hz时)
    可变增益 1-3(连续的)
    信道串音 在响应频率为100Hz,所有的通道都使用时,大于-50dB
    噪声 4.5μV r.m.s. (响应频率在10Hz-3kHz)
    噪声测量 输入端对地短路
    输出信号振幅 单端,最大8.0 Vpp,无修剪
    输出连接器 标准BNC
    数字通道输出 TTL电平
    数字模式 连续或定时脉冲(跳线选择)
    信号传输 分时复用的脉幅调制
    传输介质 屏蔽电缆
    电缆长度 3-50m(标准的为10m)

    物理参数:

    主放大器
    重量 3.6 kg
    大小 48×30×4.5 cm
    安装 19” 设备架 或者 置于台面
    便携单元组件
    重量 240 g
    大小 14×8×4.5 cm
    前置放大器
    重量 3.5 g (前置放大器+引线)     13 g(配备电缆和连接器)
    大小 3.2×1×0.4 cm
    退货政策 30天(全额退款)

    工作环境:

     
    环境温度 +10℃ - +40℃
    相对湿度 10% - 75%

    NDI optotrak系统连接图:

     

    NDI optotrak

     

     

    应用程序开发
    Application Programe'sm ' Interfacec

    NDI 三维运动测量系统提供二次应用开发程序接口(API),允许用户根据需
    要编写软件,进行二次开发工作。
    1)开放实时数据端口,并提供接口函数及应用文档;
    2)提供二次开发工具,实现用户自定义任务;
    3)提供基于 C/C++语言函数库和源程序,用于系统应用开发和软件编制;

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